车载Vocus小精灵 PTR-TOF:瑞士图恩的城区VOC分布

下载应用案例pdf文本

Abigail Koss, Luca Cappellin, Christoph Gasser
TOFWERK, Boulder, CO, USA and Thun, Switzerland

Vocus小精灵 PTR-TOF因其小巧身材和源自瑞士的工业设计是实时VOCs走航的不二之选!

简介

装备快速灵敏VOCs分析仪的移动实验室,可为科研人员和监管部门在现场获得VOCs化合物在环境中的排放源分布和传播途径。具体来说,移动实验室可以定位排放点源并获得其源谱库,测量周边大气中浓度数值,从而获得真实环境中各种VOC的生命周期。这些信息对于空气质量模拟模型,环境政策导向和制定,以及公共健康等领域研究都提供宝贵的数据。

质子转移反应质谱仪(PTR-MS),因其实时在线分析复杂基体中待测VOC的能力,在移动实验室案例中已有较多的应用。传统的四级管PTR-MS在移动监测领域贡献下多达几十篇文献,可以说奠定了现代大气化学研究的基础。Vocus小精灵PTR-TOF在继承四级管PTR-MS小巧,低功耗及价位优势的同时,也给用户带来了飞行时间质谱仪的独特优势(最快到几十Hz的数据采集频率,瞬时全谱测量,Vocus离子源带来的超高灵敏度等)。

*封面图片: Vocus小精灵 PTR-TOF搭乘一辆电动车在图恩市区‘深入街巷’的进行VOCs移动监测。在其驾驶轨迹上,图标的高度和颜色展示了其在4Hz(0.25 S)的采集频率测得的城区大气甲苯(C7H9+)浓度。

方法

在本案例中,Vocus小精灵PTR-TOF被简单固定在一辆电动SUV车的后座上(图1),这当中没有涉及到任何车内改装。一根1/4寸外径的PFA管路从天窗伸出,并延伸到车挡风玻璃上方进行大气采样。为了排除车本身尾气可能带来的干扰,全程90分钟的走航时间内,车和Vocus小精灵都是通过车载电池供电。

图1,车载Vocus小精灵示意图。一根PFA采样管从图右上角所示的车顶位置,在引流泵的帮助下,将大气样品送至车内Vocus小精灵的进样口处。

图1,车载Vocus小精灵示意图。一根PFA采样管从图右上角所示的车顶位置,在引流泵的帮助下,将大气样品送至车内Vocus小精灵的进样口处。

选定的走航轨迹包含了一系列的主干街道,空气质量监测站(位于Eigerturnhalle)和加油站,水处理厂和火车站等可能的排放点源。

结果

走航过程中多个VOC点源‘跃然纸上’:街道十字路口,火车站,主干道和加油站等。大气中VOC浓度的瞬间峰值有时候已然超过100 ppbV(封面照片)。值得注意的是,在某干道旁的建筑施工点检测到了高浓度的BTX苯系物(图2),持续时间在几秒到几十秒不等,这都是普通的固定站点所检测不到的快速浓度变化过程。

总体上看,仪器在超过100个质量数上都有较明显的信号响应。不同化合物信号的相关性可以用来建立化合物的‘指纹’库,也就是各点源排放物的源谱库。经过数据分析,本次城区VOC走航过程共识别出如下几个源谱库:两个有相关性的交通排放源头,一个富含甲苯的源,一个富含丙酮的源和一个含有73, 91, 101和119质荷比的排放源。交通源有较为明显的苯系物排放特征;甲苯推测源自于建筑工地上的溶剂使用;在质荷比101的物质暂且被定性为源自邻近医疗场所的己醛或乙酰丙酰基。

图2,在Allmendstrasse街道旁的建筑施工点检测到最高达600 ppbV的苯系物排放。上图展示了在三分钟内的苯系物时间序列,下图则清晰的画出了地图上对应的VOC‘热点’位置。

图2,在Allmendstrasse街道旁的建筑施工点检测到最高达600 ppbV的苯系物排放。上图展示了在三分钟内的苯系物时间序列,下图则清晰的画出了地图上对应的VOC‘热点’位置。

图3,图恩市区检测到的多种排放源谱库(左侧和底部的小插图),三维图(右上侧)展示了车载Vocus小精灵在市区内的走航轨迹,图中图标颜色和高度与各源谱库的颜色和排放浓度相对应。

图3,图恩市区检测到的多种排放源谱库(左侧和底部的小插图),三维图(右上侧)展示了车载Vocus小精灵在市区内的走航轨迹,图中图标颜色和高度与各源谱库的颜色和排放浓度相对应。